uchebnik13

l1a основании величины максимальной гигроскопической влаж­

ности вычисляют 1) влажность завядания, принимая переводной

где W мг %- максимальная гигроскопическая влажность в %;

25·10-8 см-диаметр молекулы воды;

10 - десятимолекулярный слой воды при максималь­

ной гигроскопической по П. Эренбергу.

М е т о Д н е р а с т в о р я ю Щ е г о с я о б ъ е м а. Прочно ад­

сорбированная вода имеет иные физические характеристики: по­

вышенную плотность (А. В. Раковский, М. В. Чапек), понижен­

ную теплоемкость (П. И. Андрианов), не проводит электриче­

ский ток (Вадюнина, 1937, С. И. Долгов, 1948), не растворяет

соли (А. К Трофимов). Последнее свойство использовал

А. В. Думанский при разработке метода рефрактометра для

определения связанной, прочно адсорбированной воды. Количе­ ство связанной воды характеризует хлебопекарные свойства муки, морозостойкость и засухоустойчивость растений. Поэтому

метод А. В. Думанского используют также в хлебопекарной

промышленности и в биологии. Подготовку почвы и взятие сред­

ней пробы осуществляют так же, как и при определении макси­

мальной гигроскопической влажности.

Ход анализа. Навеску воздушно-сухой почвы в 30 г поме­

щают во взвешенную плоскодонную эрленмейеровскую колбу емкостью 50 МЛ и взвешивают. Из бюретки в колбу приливаЮ1 20-251<!Л 10% раствора сахара или глюкозы (точно концентра­

цию сахара определяют на рефрактометре, по показателю пре­

ломления) . Определив вес колбы с почвой и прилитым раство­

ром, по разности узнают навеску раствора сахара. Закрыв колбу каучуковой или корковой пробкой, ее взбалтывают 2-3 мин,

а затем оставляют в покое в течение часа. После этого содер

жимое колбы взбалтывают и переносят на фильтр воронки, прикрытой часовым стеклом для предохранения от испарения

Концентрацию сахара в фильтрате определяют на рефрактомет

ре Аббе по показателю преломления. Основная рабочая часть

рефрактометра состоит из двух стеклянных призм снебольшим

зазором между ними. l1ижняя призма неподвижно закреплена.

верхняя поднимается. Перед определением показателя прелом

ления проверяют точность прибора, измеряя коэффициент пре­

ломления дистиллированной воды, который при 200С равен

1,3330. l1есколько капель раствора с помощью стеклянной палоч

ки переносят на матовую грань нижней призмы рефрактометра

и соединяют ее с верхней призмой так, чтобы промежуток межю

их гранями целиком БЫJI заполнен жидкостью. Свет от освети·

теля с ПOl\ЮЩЬЮ зерка.'1а направляют в призм~. В~щением et'

202

вокр) г оси отыскивают резкую границу между освещенной

итемной частью поля, которую устанавливают на крест нитей,

ипроизводят по нониусу отсчет показателя преЛОЫ.lения -- n

при t = 200с. для поддержания постоянной температуры во

время опыта через ПО.lые металлические оправы призм все вре­

'\1я протекает вода с (' = 200 С, что контролируется термометром,

встаВ.1енным в специальное отверстие. Если в окуляре граница

расплывчата и пестро окрашена, что обусловлено дисперсией

света, то с помощью компенсатора специальным винтом снимают

;щсперсию и получают четкую границу.

По показателю преломления в табл. 7 приложения находят

концентрацию сахарного раствора.

Для каждого фильтрата коэффициент пре.'Iомления опреде­ ляют три раза. Тройной контроль применяют и при установлении

концентрации исходного раствора.

Вычисление связанной воды производят ПО формуле:

где Х - связанная вода в % от сухой почвы;

W - влажность воздушно-сухой почвы;

р- навеска сахарного раствора в граммах;

С1 - весовая концентрация исходного раствора;

При соприкосновении ВОЗДУШНО-СУХ<JЙ почвы с раствором са­ хара часть воды из раствора адсорбируется почвой, но так как

эта вода не растворяет сахар, то концентрация последнего

в фильтрате увеличивается.

Установлено, что величина влажности почвы, определенная

методом рефрактоыетра, зависит от концентрации сахара: чем

она выше, тем меньше величина связанной воды. Влажность, со­ ответствующую максимальной гигроскопической влажности, по­

лучают при использовании исходной концентрации раствора са­

хара - 10%. Рекомендуется определить связанную воду в почве

при трех концентрациях сахара - 5; 10; 15%.

Метод незамерзающей воды. При замораживании

воды в почве, так же как и при горячем высушивании, упругость

водяных паров остающейся влаги уменьшается до наступления момента равновесия, определяемого температурой и давлением.

Можно подобрать такую температуру замораживания почвы, при

которой незамерзшая влага будет иметь давление насыщенного

водяного пара, соответствующее мертвому запасу влаги в почве.

Метод определения мертвого запаса влаги в почве с помощью

-замораживания в дилатометре был предложен Боуякосом (1917),

203

Зная влажность образпа почвы и количество свободной замерзшей

воды, по разности определяют величину прочно связанной неза­ мерзающей воды.

В настоящее время КО"lичество неза!\Iерзающей воды во мно­ гих лабораториях определяют с помощью калориметра. Калори­

метрический метод более точен, но и сложнее. Описание его да­

но в главе «Тепловые свойства почв».

Рыхло связанная пленочная вода. В этой категории почвен­

ной влажности обычно определяют максимальную молекуляр­ ную влагоемко,ть и влажность завядания растений.

Определение максимальной молекулярной

в л а г о е м к о с т и. Для ее определения Лебедевым предложе­ ны методы: высоких колонн, центрифуги и пленочного равно­

весия.

Метод ВblСОКИХ КОЛОНН. Стеклянную трубку Д"lИНОЙ в 1 ,м дЛЯ

песчаных почв и 3 .М ДЛЯ суглинистых диаметром 2,5-3,5 С.М на­

полняют почвой, просеянной через сито с отверстием 1-3 A1At

при осторожном постукивании о край СТО.1а для лучшего уплот­

нения образца. Можно приготовить свинчивающиеся метаЛЛlI­ чеClше трубlШ длиною 10-15 СЛ!, составляя из них IЮЛОННУ лю­ бой длины.

Почва в трубке увлажняется сверху количеством воды, до­ статочным для сквозного промачивания. После стекания избыт­ ка в верхней части колонны остается влага, удерживаемая мо­

лекулярными силами. Трубку разбирают и послойно определяют влажность. В верхней части трубки, где воду удерживали ад­ сорбционные силы, влажность почвы наименьшая; в нижней части трубки с капиллярной влагой процент влажности резко

возрастает. Из всех определений выше этого предела (исключая

самый поверхностный слой) находят среднее значение влаж­ ности, которое и будет соответствовать ве.lичине рыхло связан­

ной пленочной влаги.

Этот метод длительный, особенно при использовании его для

тяжелосуглинистых почв, и недостаточно точный.

Метод центрифуги по Лебедеву состоит в том, что избыточно

увлажненную почву помещают в силовое поле центрифуги, зна­

чительно превосходящее гравитационную силу - силу земногО

притяжения. Лебедев сконструировал специальную центрифугу,

дающую ускорение в 70000 раз большее ускорения силы тя-

204

/

ность после сжа~ия под прессом была даже ниже максима1ной

расчета влажности завядания по максимальной гигроскопи­

ческой влажности, применяют метод обезвоживания и непосред­

ственного определения ее путем выращивания проростков в су­

шильных стаканчиках (рис. 68) и доведения их до стадии заВА­

дания.

Метод обезвоживания. Францессон (1951) пред.l0ЖИЛ метод определения влажности устойчивого завядания путем обезвожи-

вания капиллярноувлажненного образца, что, по мнению автора,

больше соответствует природным условиям.

Взятые в поле образцы почвы за две недели до определения увлажняются до капиллярной влагоемкости. При высокой поле­ вой влажности обрззец сразу поступает на анализ. Навеску сы­

рой почвы в 3 г помещают в вакуумный эксикатор над

10% H2S04 • В эксикаторе создают разрежение 20-30 мм рТ.СТ. и

через 2-3 дня производят взвешивание образца, доводят его ДJ

постоянного веса. Затем меняют концентрацию кислоты с 10% на

3 % и опять периодически взвешивают почву. После установле­ ния постоянного веса образца над 3% H 2S04 почву сушат и оп­

ределяют влажность в ней. Получаемая при этом величина при­

мерно в 1,5 раза больше максимальной гигроскопической влаж­

ности, определенной увлажнением воздушно-сухой почвы над

10-процентной H2S04 и соответствует влажности завядания,

определенной вегетационным методом.

Вегетационный метод. В алюминиевые стаканы высотою 6-7

'при диаметре 4 см насыпают крупнозернистый песок слоем

1 см, в который вставляют стек,,'1ЯННУЮ трубку щшною 8-9 C.I'rl

206

и н ыпютT воздушно-сухую почву, просеянную через сито с от­

верс ями в 1 М.М, почти до верха стакана. В стакан высевают

4-5 рен проросшего ячменя и увлажняют почву через трубку до поя енlИЯ капиллярной воды на поверхности стакана. Ста­ канчики станавливают в биологический термостат, где поддер­ живают мпературу 20-250, или в шкаф при комнатной темп~­ ратуре. В аждом стаканчике оставляют по 3 всхода, одинаково

газвитых. аканчики держат в освещенном помещени, IlО не на

солнце, так к на ПРЯI\IОМ солнечном свету растения сильно вы­

тягиваются И\ТIOмаются. Когда второй лист разовьется больше

первого, почву rюливают последнии раз и заливают поверхность

стаканчика расплавленной, но остывшей смесью из 4-х весовых частей парафина и 1 части технического вазелина. На стеклян­ ную трубку надевают колпачок В момент начала завядания ста­

канчик переносят в камеру (эксикатор с водой на дне) с атмос­ ферой, насыщенной парами. Растения в первой стадии завядания

восстанавливают за ночь тургор, в стадии устойчивого завяда­

ния - нет. Стаканчик открывают, парафиновую корку и слой

почвы в 1--1.5 см сбрасываюг, почву высыпают в фарфоровую

чашку, нижний слой почвы и песка выбрасывают, удаляют также

растения и семена и в том же суши.rrьном стаканчике почву су­

шат до постоянного веса и определяют влажность в процентах,

что и соответствует влажности завядания растений. Запись про­

изводят по форме, приведенной в табл. 28.

Влажность завядания вычисляется в процентах от сухой поч­

вы и в .МА! водного столба (формула 50 и 52).

Капиллярная и гравитационная влага. Общая (Качинский)

или наименьшая влагоемкость (Роде), она же предельная поле­

вая (по Долгову и др.) , - количество влаги, которое почва удер­ живает после увлажнения при свободном оТтоке гравитационной

воды. Разноименность этой важной гидрологической константы

вносит много путаницы. Неудачен термин «наименьшая» влаго­

емкость, так как он противоречит факту максимального содер­ жания при этом влаги в почве. Не совсем удачны и два других

термина, но поскольку нет более подходящего названия, впреДL мы будем использовать термин «общая влагоемкость». Название

«общая» Н. А. Качинский объясняет тем, что влажность почвы

при этой гидрологической константе включает в себя все основ­ ные категории почвенной влаги (кроме гравитационной). Поня­

207

/

где n - коэффициент, зависящий от засоления почвы и Jфугих

Разница между влажностью Wобщ. и wвл.з. (влажнщ:lью за­

вядания) показывает диапазон продуктивной влаги почвьр.

Напряжение почвенной влаги при увлажнении, соответствую­

В природных условиях общую Б.'1агоемкость определяют при не­

глубоком за.'1егании грунтовой воды, когда эту величину будет опре;I,С.'1ЯТЬ капиллярноподпертая вода, и при г.'1убоком залега­

нии грунтовых вод, когда почва увлажняется за счет капилляр­

ноподвешенной Б.l(\ГИ.

Определяя общую В.lагоемкость при каПИЛ:IЯрноподвешенной

Rлаге, часто используют ПЛОщадки ПОС.11е определения водопро­

ницаемости методом заливае:V1ЫХ квадратов или специа.1ЬНО

увлажняют почву. Для этого площадку размером 2 Х 2 ]У! И.1И

1 Х 1 N окружают двойны:l~ кольцом валиков и.1и ра\Iаыи, сби­

тыми из досок.

Внешняя рама предохраняет воду от растекания из внутрен­

пей, в профиле которой будут определять В,lагоеl\ШОСТЬ. Пло­

щадку увлажняют из расчета промачивания почвы на глубину

50 или 100 СА/.

Предварительно определяют В.lажность почвы в ПО.11е, удель­ ный вес скелета и твердой фазы почвы иm! берут средние значе­

ния этих характеристик и вычисляют, сколько воды в почве

и сколько ее нужно добавить, чтобы промочить почву на задан­ ную глубину (табл. 34).

Таблица 34

КОЛИoJ:ество воды, необходимое для полного насыщения слоя почвы О-50 см

2t8

лажность в % от полного насыщения слОя равна скважно­

сти, еленной на удельный вес скелета почвы. Влажность в м 11

вычи яют по формуле 53. Следовательно, для полного насыще­

ния с.1.Ь.я О-50 см нужно 282 ММ, или 2820 -м3 , воды.

Ввид~ того, что почва уже содержит 970 .мз воды, для насы­

глубину промачивания, так как часть воды будет потеряна за

Рис. 69. МОНОЛИТ, смонтированный по Астапову:

J - МОНОЛИТ, 2 - спецнальный стол, 3 - бутыль с ВОДОЙ, 4 -ЦИЛИНДР

ДЛЯ сбора фильтраТd

Эту норму воды подают на площадку под постоянным напо­

ром и разливают С.'10ем толщиною в 5 СМ. После впитывания во­

ды в почву площадку накрывают клеенкой, а сверху соломой,

мульчей, сеном, травой для предохранения от испарения. Песча­ ные, супесчаные и леГI<осуглинистые почвы выдерживают, чтобы

дать стечь гравитационным водам, СУТl<И, суглинистые и глини­

влажность почвы может уменьшиться за счет миграции воды в

окружающую сухую почву. Между тем растениями эта вода мо­

жет быть использована (так, по данным С. Н. Рыжова (1953) хлопок в сутки потребляет 20-110 М3 воды с 1 га в зависимости

от стадии развитии). После названного срока прикрытие сни­

мают и определяют В.'Iажность в центральной опытной площа,1,М;

с тройнои повторностью до глубllНЫ промачивания.

Пробы следует брать с учетом генетических ГОРИЗОНТОВ. Взlтые

В поле пробы доставляют В лабораторию, высушивают в течение 8 час и затем сушат, доводя их до постоянного веса. Запись ве­ дут по форме, приведенной в табл. 28. Влажность, соответств)­ ющую общей влагоемкости, вычисляют в % от абсолюпlO сухой навески, в .М.М и .М3 В слое О-50 и 0-100 СМ.

В природных условиях увлажнение почвы до общей влагоем­

кости наблюдается обычно ПОС.1е снеготаяния и поливов.

Для определения влагоемкости почвы при капиллярном на­

сыщении от уровня грунтовых вод отбирают образцы на влаж­ ность из разреза ИJJИ бурением до уровня грунтовых вод с ПОСJJе­ дующим высушиванием до постоянного веса.

Содержание ВJJаги резко возрастает начиная с верхней гра­

IШЦЫ каПИJJЛЯРНОЙ каймы и до уровня грунтовых вод. Содержа­ ние влаги в верхней границе каймы обычно соответствует общей или предельной полевой влагоемкости. Однако для ирригацион­

ных целей необходимо производить определение влагоемкости

почвы и при подаче воды сверху.

Лабораторные методы определения

общей влагоемкости

В лаборатории влагоемкость определяют в монолитах и тгуб­

ках.

Монолитный метод. В поле берут МОНО:IИт с площадью се­

чения 15 Х 15 см при высоте от 50 до 200 C.lft (В зависимости от

цели исследования).

Взятый в поле монолит монтируют по Астапову (рис. 69).

В лаборатории изготовляют монолитный ящик, высота которого на зо, а длина боковых сторон - на 5 см больше, чем у почвен­

ного монолита. Дно и крышку его с круглым отверстием в центре

снимают. В лаборатории монолитный ящик с почвой демонти­ руют и на почвенный монолит надевают раму лабораторного ящика так, чтобы был запас пространства между монолитом

и крышками - верхней и нижней - в 15 сJo.t. К нижней част!!

монолита прижимают латунную сетку с отверстиями диаметром

0,5 мм, к которой подводят воронку, наполненную галькой или

крупным песком, и уже затем привинчивают деревянное дно

с отверстием, через которое проходит конец Трубки, соединя­ ющей воронку с приемником, подставляемым к ней под столом

Зазор между стенками рамы и почвенным монолитом и другш'

пустоты заливают расплавленной (нагретой до 170°С) красной

смолкой. Над монолитом (под крышкой рамы) устанавливак)Т

бутыль с водой и приспособ.1ением, сделанным по ПрИНЦИIl)

Мариотта и служащим для подачи воды под определенным на­

пором.

Для наблюдения за скоростью просачивания и глубиной про­

маЧIIвания почвы в монолит на границах генетических горизон-

210